Menschen bei ihrer Arbeit unterstützen und einfache, sich wiederholende oder gefährliche Aufgaben auf der Erde und in der internationalen Raumstation ISS übernehmen, das sollte die Aufgabe des Robonaut R2 sein, der zweiten Generation eines humanoiden Roboters. Entwickelt wurde er von General Motors, Oceaneering Space Systems und der NASA.
Die erste Generation des Robonauts, der R1, wurde 1997 nach menschlichem Vorbild entwickelt und konnte als Assistent einfache Wartungsarbeiten übernehmen. Sein Nachfolger, der 136 kg schwere modulare und hochflexible R2, besteht aus einem Kopf, einem Torso und zwei Armen mit Händen. R2 kann viermal so schnell arbeiten wie R1. Unter den vielen technischen Verbesserungen der zweiten Generation hervorzuheben ist die Sensorik. Mit insgesamt 350 Sensoren nimmt er seine Umgebung war, etwa für Tasten, Kraft, Position, Entfernung und Bilderfassung. Zur Bilderfassung dienen zwei Prosilica GC2450C Farbkameras von Allied Vision Technologies und eine Infrarot-Time-of-Flight-Kamera (TOF). 38 Power-PC-Prozessoren lösen komplexe Aufgaben wie Objekterkennung und Bildverarbeitung. Die Sensoren befähigen R2, auf seine Umgebung zu reagieren und halbautomatisch zu arbeiten.
Weitere Verbesserungen sind die optimierte Beweglichkeit beider Arme mit überlappendem Arbeitsbereich, die elastische Gelenktechnologie, eine erweiterte Finger- und Daumenbewegungsspanne und ein extrem gelenkiger Hals. Mit 42 Freiheitsgraden, darunter 24 allein in den Händen, kann R2 mit demselben Werkzeug arbeiten wie menschliche Astronauten, sodass roboterspezifische Tools überflüssig werden.
Mit Echtzeit-Mustererkennung selbständig handeln
R2s Bildverarbeitungskomponenten sind in seinem Helm untergebracht. Die Bilddaten beider Prosilica GC-Kameras und der TOF-Kamera werden in Echtzeit verarbeitet. Das System bedient sich verschiedener Bildauswertungstechniken, um die notwendigen Informationen zu errechnen. Darunter fallen Farbwerte, Pixelhelligkeit, Mustererkennung und Bildsegmentierung. Um die Leistung des Systems zu optimieren, konzentriert sich die Auswertung auf bestimmte Teile des Bildes. Dazu wird die ROI-Funktion der Kameras genutzt. ROI (Region of Interest) begrenzt die ausgelesene Bildinformationen auf einem bestimmten Bereich des Bildes. Vorteil ist, dass weniger Bilddaten übertragen und verarbeitet werden müssen, was höhere Bildraten ermöglicht und weniger Rechenleistung in Anspruch nimmt. Mit den TOF-Daten werden unnötige Hintergrundinformationen ausgeblendet, um die Bildverarbeitung auf bestimmte Objekte (Werkzeuge, Kisten) zu fokussieren. Die Software ist in der Lage, 3D- und Mustererkennungsanalysen in Echtzeit durchzuführen, mit denen R2 Trajektorien (Bahnkurven) errechnen und planen kann, etwa um mit seinen Händen einen Behälter selbstständig zu öffnen.
Mission auf der internationalen Raumstation
Nach umfangreichen Tests ist R2 im Februar 2011 an Bord des Shuttle Discovery zur Internationalen Raumstation ISS geflogen. Dort wurde er vorerst im Destiny Labor fest auf einem Sockel installiert und führt probeweise bestimmte Aufgaben durch, die er schon auf der Erde erlernt hat.
Nach erfolgreichen Tests könnte R2 die Phase 2 seiner Mission antreten, nämlich mobil eingesetzt zu werden und Wartungsarbeiten durchzuführen wie etwa Staubsaugen oder Filterwechsel. Längerfristiges Ziel ist es, R2 in einer dritten Phase außerhalb der ISS zu nutzen und ihn für besonders gefährliche sogenannte EVAs (Extra-Vehicular Activities) ins Weltall zu schicken. Anders als seine menschlichen Kollegen wird der Robonaut voraussichtlich sein ganzes Leben im All verbringen.
AVT Allied Vision Technologies, Stadtroda www.alliedvisiontec.com
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